03 - 雷达的基本组成

1. 雷达发射机

2. 雷达天线

3. 雷达接收机

4. 雷达信号处理机

5. 雷达终端设备

以典型单基地脉冲雷达为例来说明雷达的基本组成及其作用。如图1.5所示，它主要由天线、发射机、接收机、信号处理机和终端设备等组成。

1. 雷达发射机

雷达发射机产生辐射所需强度的脉冲功率，其波形是脉冲宽度为 $\tau$ 而重复周期为 $T_{r}$ 的高频脉冲串。

发射机现有两种类型：一种是直接振荡式（如磁控管振荡器)，它在脉冲调制器控制下产生的高频脉冲功率被直接馈送到天线；另一种是功率放大式（主振放大式)，它是由高稳定度的频率源（频率综合器）作为频率基准，在低功率电平上形成所需波形的高频脉冲串作为激励信号，在发射机中予以放大并驱动末级功放而获得大的脉冲功率来馈给天线的。

功率放大式发射机的优点是频率稳定度高且每次辐射是相参的，这便于对回波信号进行相参处理，同时也可以产生各种所需的复杂脉压波形。

发射机输出的功率馈送到天线，而后经天线辐射到空间。

2. 雷达天线

脉冲雷达天线一般具有很强的方向性，以便集中辐射能量来获得较大的观测距离，同时，天线的方向性越强，天线波瓣宽度越窄，雷达测向的精度和分辨力就越高。常用的微波雷达天线是抛物面反射体，馈源放置在焦点上，天线反射体将高频能量聚成窄波束。天线波束在空间的扫描常采用机械转动天线来得到，由天线控制系统来控制天线在空间的扫描，控制系统同时将天线的转动数据送到终端设备，以便取得天线指向的角度数据。

根据雷达用途的不同，波束形状可以是扇形波束，也可以是针状波束。天线波束的空间扫描也可以采用电子控制的办法，它比机械扫描的速度快，灵活性好，这就是20世纪末开始日益广泛使用的平面相控阵天线和电子扫描的阵列天线。前者在方位和仰角两个角度上均实行电扫描；后者是一维电扫，另一维为机械扫描。

脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要高速开关装置，在发射时，天线与发射机接通，并与接收机断开，以免强大的发射功率进入接收机把接收机高放混频部分烧毁；接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免微弱的接收功率因发射机旁路而减弱。这种装置称为天线收发开关。天线收发开关属于高频馈线中的一部分，通常由高频传输线和放电管组成，或用环行器及隔离器等来实现。

3. 雷达接收机

接收机多为超外差式，由高频放大(有些雷达接收机不用高频放大)、混频、中频放大、检波、视频放大等电路组成。接收机的首要任务是把微弱的回波信号放大到足以进行信号处理的电平，同时接收机内部的噪声应尽量小，以保证接收机的高灵敏度，因此接收机的第一级常采用低噪声高频放大器。一般在接收机中也进行一部分信号处理。例如，中频放大器的频率特性应设计为发射信号的匹配滤波器，这样就能在中放输出端获得最大的峰值信号噪声功率比。对于需要进行较复杂信号处理的雷达，如需分辨固定杂波和运动目标回波而将杂波滤去的雷达，则可以由典型接收机后接的信号处理机完成。

接收机中的检波器通常是包络检波器，它取出调制包络并送到视频放大器，如果后面要进行多普勒处理，则可用相位检波器替代包络检波器。

4. 雷达信号处理机

信号处理的目的是消除不需要的信号（如杂波）及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号。信号处理是在做出检测判决之前完成的，它通常包括动目标显示(MTI)和脉冲多普勒雷达中的多普勒滤波器，有时也包括复杂信号的脉冲压缩处理。

许多现代雷达在检测判决之后要进行数据处理。主要的数据处理例子是自动跟踪，而目标识别是另一个例子。性能好的雷达在信号处理中消去了不需要的杂波和干扰，而自动跟踪只需处理检测到的目标回波，输入端如有杂波剩余，可采用恒虚警（CFAR）等技术加以补救。

5. 雷达终端设备

通常情况下，接收机中放输出后经检波器取出脉冲调制波形，由视频放大器放大后送到终端设备。最简单的终端是显示器。例如，在平面位置显示器（PPI)上可根据目标亮弧的位置，测读目标的距离和方位角这两个坐标。

显示器除了可以直接显示由雷达接收机输出的原始视频外，还可以显示经过处理的信息。例如，由自动检测和跟踪设备(ADT)先将收到的原始视频信号（接收机或信号处理机输出）按距离方位分辨单元分别积累，而后经门限检测，取出较强的回波信号而消去大部分噪声，对门限检测后的每个目标建立航迹跟踪，最后，按照需要，将经过上述处理的回波信息加到终端显示器。自动检测和跟踪设备的各种功能常要依靠数字计算机来完成。

同步设备（频率综合器）是雷达机的频率和时间标准。它产生的各种频率振荡之间保持严格的相位关系，从而保证雷达全相参工作。时间标准提供统一的时钟，使雷达各分机保持同步工作。
图1.5所示的雷达组成框图是基本框图，不同类型的雷达还有一些补充和差别，这些问题将在以后章节中讨论。